Ressourcen- und CO2-optimierte Herstellung innovativer Zementklinker – Zwischenbericht zum von der FFG geförderten Branchenprojekt der österreichischen Zementindustrie

Abstract

Zusammenfassung Erste Klinkerbrennversuche wurden in einem Labor-Muffelofen mit unterschiedlichen Kombinationen und Dosierungen von Ersatzrohstoffen durchgeführt. Die dafür hergestellten Rohmehle sowie die daraus hergestellten Klinker wurden analysiert, um ihre Eignung als Portlandzementklinker zu bewerten. Ausgewählte Rezepturen wurden anschließend für Pilot- und Industrieversuche hochskaliert, um ihre praktische Umsetzbarkeit zu überprüfen. Im Rahmen der Pilotversuche wurde ein vielversprechendes Rohmehl in zwei Feinheitsstufen in einer Rohmühle eines österreichischen Zementwerks hergestellt. Der Brand dieses Rohmehls erfolgte in einem 7,2 m langen Pilot-Drehrohrofen mit einem Durchmesser von 0,4 m (Längen-Durchmesser-Verhältnis L/D von 18) mit direkter Beheizung durch einen Erdgasbrenner. Die dabei erzeugten Klinker wurden mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF), Röntgendiffraktometrie (XRD) sowie Klinkermikroskopie untersucht. In nachfolgenden, über mehrere Tage durchgeführten Industrieversuchen in einem österreichischen Zementwerk wurde ein vollständiges Prozesskonzept entwickelt, das die Brennstoffauswahl, Rohstoff-Auswahl und -Dosierung, Ofenführung und Materialhandhabung umfasst. Die Rohmehlqualität sowie Stabilität konnten mit Hilfe einer Inline-Analyse kontinuierlich überwacht werden. Somit war eine systematische Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren auf den Ofenbetrieb (z. B. Ring- und Ansatzbildung) möglich. Ein besonderes Augenmerk wurde dabei auf die festgestellten erhöhten Gehalte an Schwefel, Magnesiumoxid, Schwermetallen und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) gelegt. Erstmals wurde aus dem ressourcenoptimiert produzierten Zementklinker ein CEM I 42,5-Zement mit ca. 30 % geringerem, deutlich unter dem österreichischen Durchschnitt liegenden CO 2 -Fußabdruck hergestellt. Bislang hat kein Portlandzementklinker mit einem derart hohen Anteil von bis zu 50 % an alternativen Rohstoffen eine vergleichbare Leistungsfähigkeit gezeigt. Derzeit wird der hergestellte Zement einer vollständigen chemischen Prüfung sowie Mörtelprüfung gemäß den Prüfverfahren der EN 197‑1 unterzogen. Die nächsten Schritte beinhalten industrielle Mahlversuche zur Herstellung verschiedener Zementtypen aus diesem CO 2 -armen Klinker sowie Dauerhaftigkeitsuntersuchungen an daraus hergestellten Betonen und die Bewertung der potenziellen Anwendungsfelder im Bauwesen.

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